Chương 6 · Hình học phẳng

第だい6章しょう 平面へいめん図形ずけい — Hình học phẳng

Tinh tuý của hình học cổ điển. Tính chất tam giác và đường tròn, các định lý nâng cao (Ceva – Menelaus – phương tích) — mảnh đất ghi điểm tuyệt đối nếu thuộc lý thuyết.
19

§1 Tính chất tam giác — Đường tròn nội/ngoại tiếp 5 đường đặc biệt, định lý phân giác, đường tròn ngoại-nội-bàng tiếp

G A B C Trọng tâm G 3 đường trung tuyến đồng quy tại trọng tâm $G$; $G$ chia mỗi trung tuyến theo tỉ số 2:1.
H A B C Trực tâm H 3 đường cao đồng quy tại trực tâm $H$.
O A B C Đường tròn ngoại tiếp (O, R) 3 đường trung trực cạnh đồng quy tại tâm $O$.
I A B C Đường tròn nội tiếp (I, r) 3 phân giác trong đồng quy tại tâm $I$, là tâm đường tròn nội tiếp.
5 đường đặc biệt trong tam giác

① Đường cao (高たかさ): 3 đường cao đồng quy tại trực tâm $H$.

② Đường trung tuyến (中線ちゅうせん): 3 đường trung tuyến đồng quy tại trọng tâm $G$. $G$ chia mỗi trung tuyến theo tỉ số $2:1$ kể từ đỉnh.

③ Đường trung trực (垂直すいちょく二に等とう分線ぶんせん): 3 đường trung trực cạnh đồng quy tại tâm đường tròn ngoại tiếp $O$.

④ Đường phân giác trong (内角ないかくの二に等とう分線ぶんせん): 3 phân giác trong đồng quy tại tâm đường tròn nội tiếp $I$.

⑤ Đường trung bình (中点ちゅうてん連結れんけつ線せん): đoạn nối trung điểm 2 cạnh — song song và bằng nửa cạnh thứ ba.

Định lý đường phân giác (角かどの二に等とう分線ぶんせんの定理ていり)

Phân giác trong: Tia phân giác trong góc $A$ cắt $BC$ tại $D$:

$\dfrac{BD}{DC} = \dfrac{AB}{AC} = \dfrac{c}{b}$

Phân giác ngoài: $\dfrac{BD'}{D'C} = \dfrac{c}{b}$ (chia ngoài).

Độ dài đường phân giác trong từ $A$:

$t_a = \dfrac{2bc \cos(A/2)}{b+c}$
Đường tròn ngoại-nội-bàng tiếp (外接がいせつ円えん・内接ないせつ円えん・傍ぼう接せつ円えん)

Đường tròn ngoại tiếp (外接がいせつ円えん): tâm $O$ = giao 3 trung trực, $R = \dfrac{a}{2\sin A} = \dfrac{abc}{4S}$.

Đường tròn nội tiếp (内接ないせつ円えん): tâm $I$ = giao 3 phân giác trong, $r = \dfrac{S}{p}$.

Đường tròn bàng tiếp tại $A$ (傍ぼう接せつ円えん): tâm $I_a$ = giao phân giác ngoài tại $B, C$ và phân giác trong tại $A$, $r_a = \dfrac{S}{p-a}$.

Khoảng cách Euler: $OI^2 = R^2 - 2Rr$ (định lý Euler trong hình học).

VÍ DỤ 1 Đường phân giác
Tam giác $ABC$ có $AB = 6, AC = 9, BC = 12$. Phân giác trong góc $A$ cắt $BC$ tại $D$. Tính $BD, DC$.
LỜI GIẢI
B1 $\dfrac{BD}{DC} = \dfrac{6}{9} = \dfrac{2}{3}$, $BD + DC = 12$.
B2 $BD = \dfrac{2}{5} \cdot 12 = \dfrac{24}{5}$; $DC = \dfrac{3}{5} \cdot 12 = \dfrac{36}{5}$.
$BD = \dfrac{24}{5},\ DC = \dfrac{36}{5}$.

Tự học và luyện tập

Đọc phương pháp, làm ví dụ rồi tự giải bài tập trước khi mở lời giải.

Trung tuyến, đường trung bình và các tâm

Nắm vững tính chất của đường trung tuyến, đường trung bình và các tâm (trọng tâm, tâm ngoại tiếp, tâm nội tiếp) trong tam giác.

Đường trung tuyến nối một đỉnh với trung điểm của cạnh đối diện. Ba đường trung tuyến đồng quy tại trọng tâm $G$, chia mỗi đường trung tuyến theo tỉ số $2:1$ kể từ đỉnh.

Đường trung bình nối trung điểm hai cạnh của tam giác, song song với cạnh thứ ba và có độ dài bằng một nửa cạnh đó.

Tâm đường tròn ngoại tiếp là giao điểm ba đường trung trực, cách đều ba đỉnh. Tâm đường tròn nội tiếp là giao điểm ba đường phân giác trong, cách đều ba cạnh.

Cách làm

  1. Để tính đoạn thẳng trên trung tuyến qua trọng tâm $G$, dùng tỉ số $AG = \frac{2}{3}AM$ và $GM = \frac{1}{3}AM$.
  2. Khi biết hai trung điểm, áp dụng tính chất đường trung bình: $MN = \frac{1}{2}BC$ và $MN \parallel BC$.
ABCMG21
G chia trung tuyến AM theo tỉ số AG : GM = 2 : 1. M là trung điểm của BC.

Ví dụ có lời giải

Trong tam giác ABC, AM là trung tuyến, G là trọng tâm và AM = 9 cm. Tính AG và GM.

  1. Xác định mối quan hệ giữa độ dài đoạn $AG$ và đường trung tuyến $AM$ dựa trên tính chất trọng tâm.

    $$AG = \frac{2}{3} AM$$
  2. Thay $AM = 9\text{ cm}$ vào công thức để tính $AG$.

    $$AG = \frac{2}{3} \times 9 = 6\text{ cm}$$
  3. Tính độ dài đoạn $GM$ bằng cách lấy tổng độ dài $AM$ trừ đi $AG$.

    $$GM = AM - AG = 9 - 6 = 3\text{ cm}$$
Kết quả
$$AG=6\text{ cm},\qquad GM=3\text{ cm}$$

Tự kiểm tra: Thử lại tỉ số: $\frac{AG}{GM} = \frac{6}{3} = 2$ và tổng $AG + GM = 6 + 3 = 9\text{ cm}$, khớp với đề bài.

Lỗi cần tránh: Nhầm lẫn vị trí tỉ số, tính sai $AG = \frac{1}{3}AM$ thay vì $\frac{2}{3}AM$.

Bài tự luyện 01 Cơ bản

AM là trung tuyến của tam giác ABC, G là trọng tâm và AM = 15 cm. Tính AG và GM.

Gợi ý

Sử dụng tính chất trọng tâm chia trung tuyến $AM$ thành 3 phần bằng nhau: $AG$ chiếm 2 phần, $GM$ chiếm 1 phần.

Lời giải từng bước
  1. Nêu tỉ lệ chia đường trung tuyến $AM$ của trọng tâm $G$.

    $$AG = \frac{2}{3} AM,\quad GM = \frac{1}{3} AM$$
  2. Tính độ dài đoạn $AG$ từ đỉnh $A$ đến trọng tâm $G$.

    $$AG = \frac{2}{3} \times 15 = 10\text{ cm}$$
  3. Tính độ dài đoạn $GM$ từ trọng tâm $G$ đến trung điểm $M$.

    $$GM = \frac{1}{3} \times 15 = 5\text{ cm}$$
Kết quả
$$AG=10\text{ cm},\quad GM=5\text{ cm}$$

Tự kiểm tra: Tổng $AG + GM = 10 + 5 = 15\text{ cm}$ đúng bằng $AM$ và tỉ số $AG : GM = 10 : 5 = 2 : 1$.

Lỗi cần tránh: Chia sai $AM$ thành 2 phần bằng nhau $7{,}5\text{ cm}$ thay vì chia 3 phần.

Bài tự luyện 02 Cơ bản

Trong tam giác ABC, M và N lần lượt là trung điểm của AB và AC. Biết BC = 14 cm. Tính MN và nêu quan hệ giữa MN và BC.

Gợi ý

Đoạn thẳng $MN$ nối hai trung điểm là đường trung bình của tam giác $ABC$, song song và bằng một nửa cạnh đáy $BC$.

Lời giải từng bước
  1. Nhận xét $MN$ là đường trung bình của tam giác $ABC$ do $M, N$ là trung điểm của $AB, AC$.

    $$MN = \frac{1}{2} BC$$
  2. Tính độ dài đoạn $MN$ bằng một nửa độ dài cạnh $BC$.

    $$MN = \frac{1}{2} \times 14 = 7\text{ cm}$$
  3. Nêu mối quan hệ song song giữa đường trung bình $MN$ và cạnh đáy $BC$.

    $$MN \parallel BC$$
Kết quả
$$MN=7\text{ cm},\qquad MN\parallel BC$$

Tự kiểm tra: Theo định lý đường trung bình, $MN$ bằng nửa $BC$ ($7 = 14 / 2$) và $MN$ song song với $BC$.

Lỗi cần tránh: Quên chỉ ra mối quan hệ song song $MN \parallel BC$ mà chỉ tính độ dài $MN$.

Tỉ số do đường phân giác trong tạo ra

Hiểu và áp dụng tính chất đường phân giác trong của tam giác để tính độ dài các đoạn thẳng trên cạnh đối diện.

Nếu $AD$ là đường phân giác trong của góc $A$ ($D$ thuộc đoạn $BC$) trong tam giác $ABC$, thì tỉ số hai đoạn thẳng do $D$ chia trên cạnh $BC$ bằng tỉ số hai cạnh kề: $\frac{BD}{DC} = \frac{AB}{AC}$.

Do $D$ thuộc đoạn $BC$, ta luôn có quan hệ tổng độ dài $BD + DC = BC$. Kết hợp với tỉ lệ thức để tìm độ dài từng đoạn.

Cách làm

  1. Thiết lập tỉ lệ thức $\frac{BD}{DC} = \frac{AB}{AC}$ từ đường phân giác trong cho trước.
  2. Sử dụng $BD + DC = BC$ để biểu diễn $BD$ và $DC$ theo $BC$ và tỉ số $\frac{AB}{AC}$, hoặc giải hệ phương trình tuyến tính.
ABCD5715/421/4
Ví dụ: AB = 5 cm, AC = 7 cm, BC = 9 cm. Vì AD là phân giác trong, BD : DC = 5 : 7.

Ví dụ có lời giải

Tam giác ABC có AB = 5 cm, AC = 7 cm, BC = 9 cm. Phân giác trong AD cắt BC tại D. Tính BD và DC.

  1. Lập tỉ lệ thức giữa các đoạn thẳng $BD$ và $DC$ theo tính chất đường phân giác trong.

    $$\frac{BD}{DC} = \frac{AB}{AC} = \frac{5}{7}$$
  2. Biểu diễn $BD$ theo tổng số phần bằng nhau của cạnh $BC$.

    $$BD = \frac{5}{5 + 7} BC = \frac{5}{12} \times 9 = \frac{15}{4}\text{ cm}$$
  3. Tính độ dài đoạn $DC$ bằng cách lấy tổng $BC$ trừ đi $BD$.

    $$DC = BC - BD = 9 - \frac{15}{4} = \frac{21}{4}\text{ cm}$$
Kết quả
$$BD=\frac{15}{4}\text{ cm},\qquad DC=\frac{21}{4}\text{ cm}$$

Tự kiểm tra: Kiểm tra lại tỉ số: $\frac{BD}{DC} = \frac{15/4}{21/4} = \frac{15}{21} = \frac{5}{7}$ và $BD + DC = \frac{15}{4} + \frac{21}{4} = \frac{36}{4} = 9\text{ cm}$.

Lỗi cần tránh: Đảo ngược tỉ số thành $\frac{BD}{DC} = \frac{AC}{AB} = \frac{7}{5}$, dẫn đến kết quả bị ngược.

Bài tự luyện 03 Cơ bản

Tam giác ABC có AB = 6 cm, AC = 9 cm, BC = 10 cm. Phân giác trong AD cắt BC tại D. Tính BD và DC.

Gợi ý

Sử dụng tính chất đường phân giác trong $\frac{BD}{DC} = \frac{AB}{AC} = \frac{6}{9} = \frac{2}{3}$ và $BD + DC = 10\text{ cm}$.

Lời giải từng bước
  1. Thiết lập tỉ lệ thức giữa $BD$ và $DC$ theo đường phân giác trong $AD$.

    $$\frac{BD}{DC} = \frac{AB}{AC} = \frac{6}{9} = \frac{2}{3}$$
  2. Tính $BD$ bằng cách chia $BC = 10\text{ cm}$ thành $2 + 3 = 5$ phần bằng nhau.

    $$BD = \frac{2}{2 + 3} BC = \frac{2}{5} \times 10 = 4\text{ cm}$$
  3. Tính $DC$ bằng cách lấy tổng độ dài $BC$ trừ đi $BD$.

    $$DC = BC - BD = 10 - 4 = 6\text{ cm}$$
Kết quả
$$BD=4\text{ cm},\qquad DC=6\text{ cm}$$

Tự kiểm tra: Tỉ số $\frac{BD}{DC} = \frac{4}{6} = \frac{2}{3}$ và tổng $BD + DC = 4 + 6 = 10\text{ cm}$, hoàn toàn chính xác.

Lỗi cần tránh: Giả sử $D$ là trung điểm của $BC$ để suy ra $BD = DC = 5\text{ cm}$ khi tam giác không cân tại $A$.

Bài tự luyện 04 Cơ bản

Trong tam giác ABC, AD là phân giác trong, D thuộc BC. Biết BD = 4 cm, DC = 6 cm và AB = 8 cm. Tính AC.

Gợi ý

Áp dụng tỉ lệ thức của đường phân giác trong $\frac{BD}{DC} = \frac{AB}{AC}$ và thế các số đã biết để giải ra $AC$.

Lời giải từng bước
  1. Viết tỉ lệ thức đường phân giác trong đối với góc $A$ của tam giác $ABC$.

    $$\frac{BD}{DC} = \frac{AB}{AC}$$
  2. Thay các giá trị $BD = 4\text{ cm}$, $DC = 6\text{ cm}$ và $AB = 8\text{ cm}$ vào tỉ lệ thức.

    $$\frac{4}{6} = \frac{8}{AC}$$
  3. Giải phương trình tỉ lệ để tìm độ dài cạnh $AC$.

    $$AC = \frac{8 \times 6}{4} = 12\text{ cm}$$
Kết quả
$$AC=12\text{ cm}$$

Tự kiểm tra: Kiểm tra tỉ số: $\frac{AB}{AC} = \frac{8}{12} = \frac{2}{3}$ và $\frac{BD}{DC} = \frac{4}{6} = \frac{2}{3}$, hai tỉ số bằng nhau.

Lỗi cần tránh: Viết sai thứ tự tỉ số thành $\frac{BD}{DC} = \frac{AC}{AB}$, dẫn đến $AC = \frac{4 \times 8}{6} = \frac{16}{3}\text{ cm}$.

Diện tích và bán kính nội tiếp, ngoại tiếp

Tính diện tích tam giác và mối quan hệ với bán kính đường tròn nội tiếp $r$, bán kính đường tròn ngoại tiếp $R$.

Với tam giác không suy biến, gọi $a=BC$, $b=CA$, $c=AB$, $S$ là diện tích và $p=\frac{a+b+c}{2}$ là nửa chu vi. Nối tâm nội tiếp với ba đỉnh tạo ba tam giác có cùng chiều cao $r$ đến các cạnh. Do đó $S=\frac{ar}{2}+\frac{br}{2}+\frac{cr}{2}=pr$, suy ra $r=\frac{S}{p}$.

Định lý sin cho $a=2R\sin A$. Kết hợp với $S=\frac12bc\sin A$, ta được $S=\frac{abc}{4R}$ và $R=\frac{abc}{4S}$. Trong tam giác vuông, tâm ngoại tiếp là trung điểm cạnh huyền nên $R$ bằng nửa cạnh huyền.

Công thức Heron cho phép tính diện tích $S = \sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)}$ khi biết độ dài ba cạnh.

Cách làm

  1. Tính diện tích $S$ trước: trong tam giác vuông, lấy nửa tích hai cạnh góc vuông; nếu biết một cạnh và chiều cao tương ứng thì dùng $S=\frac12ah_a$; nếu biết ba cạnh thì dùng Heron.
  2. Tính nửa chu vi $p = \frac{a+b+c}{2}$, sau đó tìm bán kính nội tiếp $r = \frac{S}{p}$ và bán kính ngoại tiếp $R = \frac{abc}{4S}$.
ABCOI345rR
Tam giác vuông 3–4–5: I là tâm nội tiếp, O là trung điểm cạnh huyền BC và là tâm ngoại tiếp. r = 1 cm, R = 2,5 cm.

Ví dụ có lời giải

Tam giác vuông có hai cạnh góc vuông 3 cm và 4 cm, cạnh huyền 5 cm. Tính diện tích S, bán kính nội tiếp r và bán kính ngoại tiếp R.

  1. Tính diện tích $S$ của tam giác vuông từ hai cạnh góc vuông.

    $$S = \frac{1}{2} \times 3 \times 4 = 6\text{ cm}^2$$
  2. Tính nửa chu vi $p$ của tam giác.

    $$p = \frac{3 + 4 + 5}{2} = 6\text{ cm}$$
  3. Tính bán kính đường tròn nội tiếp $r$ bằng công thức $r = \frac{S}{p}$.

    $$r = \frac{S}{p} = \frac{6}{6} = 1\text{ cm}$$
  4. Tính bán kính đường tròn ngoại tiếp $R$ (bằng một nửa cạnh huyền của tam giác vuông).

    $$R = \frac{5}{2}\text{ cm}$$
Kết quả
$$S=6\text{ cm}^2,\qquad r=1\text{ cm},\qquad R=\frac52\text{ cm}$$

Tự kiểm tra: Thử lại với công thức $R = \frac{abc}{4S} = \frac{3 \times 4 \times 5}{4 \times 6} = \frac{60}{24} = \frac{5}{2}\text{ cm}$, kết quả hoàn toàn trùng khớp.

Lỗi cần tránh: Dùng chu vi $12\text{ cm}$ thay vì nửa chu vi $p = 6\text{ cm}$ khi tính $r$, dẫn đến $r = 0{,}5\text{ cm}$.

Bài tự luyện 05 Cơ bản

Tam giác vuông có hai cạnh góc vuông 6 cm và 8 cm, cạnh huyền 10 cm. Tính diện tích S và các bán kính nội tiếp r, ngoại tiếp R.

Gợi ý

Tính $S = \frac{1}{2} \times 6 \times 8$, $p = \frac{6+8+10}{2}$, sau đó suy ra $r = \frac{S}{p}$ và $R = \frac{\text{cạnh huyền}}{2}$.

Lời giải từng bước
  1. Tính diện tích $S$ của tam giác vuông từ độ dài hai cạnh góc vuông.

    $$S = \frac{1}{2} \times 6 \times 8 = 24\text{ cm}^2$$
  2. Tính nửa chu vi $p$ của tam giác.

    $$p = \frac{6 + 8 + 10}{2} = 12\text{ cm}$$
  3. Tính bán kính đường tròn nội tiếp $r$ bằng tỉ số giữa diện tích $S$ và nửa chu vi $p$.

    $$r = \frac{S}{p} = \frac{24}{12} = 2\text{ cm}$$
  4. Tính bán kính đường tròn ngoại tiếp $R$ bằng một nửa độ dài cạnh huyền.

    $$R = \frac{10}{2} = 5\text{ cm}$$
Kết quả
$$S=24\text{ cm}^2,\quad r=2\text{ cm},\quad R=5\text{ cm}$$

Tự kiểm tra: Thử lại $R = \frac{abc}{4S} = \frac{6 \times 8 \times 10}{4 \times 24} = \frac{480}{96} = 5\text{ cm}$, kết quả trùng khớp.

Lỗi cần tránh: Nhầm lẫn giữa bán kính nội tiếp $r$ và bán kính ngoại tiếp $R$, gán $r = 5\text{ cm}$ và $R = 2\text{ cm}$.

Bài tự luyện 06 Vận dụng

Tam giác có ba cạnh 13 cm, 14 cm và 15 cm. Dùng công thức Heron tính diện tích S, rồi tính các bán kính nội tiếp r và ngoại tiếp R.

Gợi ý

Tính nửa chu vi $p = 21\text{ cm}$; dùng Heron $S = \sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)}$; tìm $r = \frac{S}{p}$ và $R = \frac{abc}{4S}$.

Lời giải từng bước
  1. Tính nửa chu vi $p$ của tam giác có ba cạnh $13\text{ cm}$, $14\text{ cm}$, $15\text{ cm}$.

    $$p = \frac{13 + 14 + 15}{2} = 21\text{ cm}$$
  2. Áp dụng công thức Heron để tính diện tích $S$.

    $$S = \sqrt{21 \times (21 - 13) \times (21 - 14) \times (21 - 15)} = \sqrt{21 \times 8 \times 7 \times 6} = \sqrt{7056} = 84\text{ cm}^2$$
  3. Tính bán kính đường tròn nội tiếp $r$ bằng công thức $r = \frac{S}{p}$.

    $$r = \frac{84}{21} = 4\text{ cm}$$
  4. Tính bán kính đường tròn ngoại tiếp $R$ bằng công thức $R = \frac{abc}{4S}$.

    $$R = \frac{13 \times 14 \times 15}{4 \times 84} = \frac{2730}{336} = \frac{65}{8}\text{ cm}$$
Kết quả
$$S=84\text{ cm}^2,\quad r=4\text{ cm},\quad R=\frac{65}{8}\text{ cm}$$

Tự kiểm tra: Kiểm tra lại tích $p r = 21 \times 4 = 84\text{ cm}^2$ đúng bằng $S$; và $4 S R = 4 \times 84 \times \frac{65}{8} = 2730 = 13 \times 14 \times 15$.

Lỗi cần tránh: Tính sai căn thức trong Heron hoặc quên rút gọn phân số $\frac{2730}{336}$ về $\frac{65}{8}$.

Bài tự luyện 07 Vận dụng

Tam giác đều có cạnh 6 cm. Tính đường cao h, diện tích S và các bán kính nội tiếp r, ngoại tiếp R.

Gợi ý

Với tam giác đều cạnh $a=6$: $h = \frac{a\sqrt{3}}{2}$, $S = \frac{a^2\sqrt{3}}{4}$, $r = \frac{h}{3}$, $R = \frac{2h}{3}$.

Lời giải từng bước
  1. Tính chiều cao $h$ của tam giác đều cạnh $6\text{ cm}$ bằng định lý Pythagoras hoặc công thức $h = \frac{a\sqrt{3}}{2}$.

    $$h = \sqrt{6^2 - 3^2} = \sqrt{27} = 3\sqrt{3}\text{ cm}$$
  2. Tính diện tích $S$ của tam giác đều.

    $$S = \frac{1}{2} \times 6 \times 3\sqrt{3} = 9\sqrt{3}\text{ cm}^2$$
  3. Tính bán kính đường tròn nội tiếp $r$ bằng công thức $r = \frac{S}{p}$ với $p = 9\text{ cm}$ (hoặc $r = \frac{h}{3}$).

    $$r = \frac{9\sqrt{3}}{9} = \sqrt{3}\text{ cm}$$
  4. Tính bán kính đường tròn ngoại tiếp $R$ bằng công thức $R = \frac{2h}{3}$ (hoặc $R = \frac{abc}{4S}$).

    $$R = \frac{2}{3} \times 3\sqrt{3} = 2\sqrt{3}\text{ cm}$$
Kết quả
$$h=3\sqrt3\text{ cm},\quad S=9\sqrt3\text{ cm}^2,\quad r=\sqrt3\text{ cm},\quad R=2\sqrt3\text{ cm}$$

Tự kiểm tra: Thử lại mối quan hệ tam giác đều: $r + R = \sqrt{3} + 2\sqrt{3} = 3\sqrt{3}\text{ cm} = h$, hoàn toàn chính xác.

Lỗi cần tránh: Nhầm nửa cạnh đáy thành $6\text{ cm}$ khi áp dụng định lý Pythagoras, làm tính sai đường cao $h$.

Bài tự luyện 08 Vận dụng

Một tam giác có diện tích $30\text{ cm}^2$ và chu vi $30\text{ cm}$. Tính bán kính đường tròn nội tiếp.

Gợi ý

Chú ý $p$ là nửa chu vi ($p = 15\text{ cm}$), không phải chu vi ($30\text{ cm}$). Áp dụng $r = \frac{S}{p}$.

Lời giải từng bước
  1. Xác định nửa chu vi $p$ của tam giác từ chu vi cho trước.

    $$p = \frac{30}{2} = 15\text{ cm}$$
  2. Áp dụng mối quan hệ giữa diện tích $S$, nửa chu vi $p$ và bán kính đường tròn nội tiếp $r$.

    $$r = \frac{S}{p}$$
  3. Thay $S = 30\text{ cm}^2$ và $p = 15\text{ cm}$ vào công thức để tính $r$.

    $$r = \frac{30}{15} = 2\text{ cm}$$
Kết quả
$$r=2\text{ cm}$$

Tự kiểm tra: Kiểm tra lại diện tích $S = p r = 15 \times 2 = 30\text{ cm}^2$, khớp với đề bài.

Lỗi cần tránh: Lấy diện tích chia trực tiếp cho chu vi ($30 / 30 = 1\text{ cm}$) do nhầm lẫn giữa chu vi và nửa chu vi.

Bài tập do Trí Lữ biên soạn.

20

§2 Tính chất đường tròn · Ceva – Menelaus · Phương tích Góc nội tiếp, tứ giác nội tiếp, cát tuyến – tiếp tuyến, định lý Ceva & Menelaus

O A B C θ 2θ Góc nội tiếp $\widehat{BAC} = \theta$, góc ở tâm $\widehat{BOC} = 2\theta$ (cùng chắn cung BC).
A B C D ∠A + ∠C = 180° ∠B + ∠D = 180° Tứ giác $ABCD$ nội tiếp: 2 góc đối bù nhau (tổng 180°).
Góc & tứ giác nội tiếp (円周えんしゅう角かく・内接ないせつ四角しかく形がた)

Định lý góc nội tiếp: Góc nội tiếp = $\dfrac{1}{2}$ góc ở tâm cùng chắn 1 cung. Các góc nội tiếp cùng chắn 1 cung thì bằng nhau.

Định lý Thales (タレスの定理ていり): Góc nội tiếp chắn nửa đường tròn là góc vuông.

Tứ giác nội tiếp: $ABCD$ nội tiếp $\iff \angle A + \angle C = 180°$ (hoặc $\angle B + \angle D = 180°$).

Định lý cát tuyến – tiếp tuyến (接せつ弦げん定理ていり): Góc giữa tiếp tuyến & dây cung = góc nội tiếp chắn dây ấy.

Phương tích của điểm với đường tròn (方ほうべきの定理ていり)

Cho điểm $P$ và đường tròn $(O, R)$. Phương tích của $P$ là $\mathcal{P}(P) = PO^2 - R^2$.

Trường hợp 2 cát tuyến qua $P$:

$PA \cdot PB = PC \cdot PD$

Trường hợp tiếp tuyến – cát tuyến: Nếu $PT$ là tiếp tuyến, $PAB$ là cát tuyến:

$PT^2 = PA \cdot PB$
Định lý Ceva & Menelaus (チェバ・メネラウスの定理ていり)

CEVA: Trong tam giác $ABC$, 3 đoạn $AD, BE, CF$ (với $D \in BC, E \in CA, F \in AB$) đồng quy ⟺

$\dfrac{BD}{DC} \cdot \dfrac{CE}{EA} \cdot \dfrac{AF}{FB} = 1$

MENELAUS: Đường thẳng cắt 3 đường thẳng chứa cạnh tam giác $ABC$ tại $D, E, F$ (đếm dấu khi vượt cạnh):

$\dfrac{BD}{DC} \cdot \dfrac{CE}{EA} \cdot \dfrac{AF}{FB} = -1$

(Phiên bản không dấu: $\dfrac{BD}{DC} \cdot \dfrac{CE}{EA} \cdot \dfrac{AF}{FB} = 1$ với số điểm "ngoài cạnh" là 1 hoặc 3.)

VÍ DỤ 1 Phương tích
Cho điểm $P$ ngoài đường tròn $(O)$. Tiếp tuyến $PT = 6$. Cát tuyến qua $P$ cắt $(O)$ tại $A, B$ với $PA = 4$. Tính $PB$ và $AB$.
LỜI GIẢI
B1 $PT^2 = PA \cdot PB \Rightarrow 36 = 4 \cdot PB \Rightarrow PB = 9$.
B2 $AB = PB - PA = 9 - 4 = 5$.
$PB = 9,\ AB = 5$.
VÍ DỤ 2 Menelaus
Cho tam giác $ABC$, $D$ là trung điểm $BC$, $E \in AC$ sao cho $AE = 2EC$. $BE$ cắt $AD$ tại $K$. Tính $\dfrac{AK}{KD}$.
LỜI GIẢI
B1 Áp dụng Menelaus cho tam giác $ADC$ với đường thẳng $BEK$:
B2 $\dfrac{AK}{KD} \cdot \dfrac{DB}{BC} \cdot \dfrac{CE}{EA} = 1$.
B3 $\dfrac{DB}{BC} = \dfrac{1}{2}$, $\dfrac{CE}{EA} = \dfrac{1}{2}$ → $\dfrac{AK}{KD} \cdot \dfrac{1}{4} = 1$.
$\dfrac{AK}{KD} = 4$.
Khi nào dùng Ceva, khi nào dùng Menelaus?
• Ceva: 3 đường thẳng từ 3 đỉnh đồng quy → tỉ số = 1.
• Menelaus: 1 đường thẳng cắt qua 3 cạnh (hoặc kéo dài) → tỉ số = 1 (không dấu).
Mẹo nhớ vòng chu vi: $B \to D \to C \to E \to A \to F \to B$ — luôn đi ngược chiều rồi cùng chiều.
Bổ sung kiến thức nâng cao

Định lý Ptolemy: Trong tứ giác nội tiếp $ABCD$:

$AC \cdot BD = AB \cdot CD + AD \cdot BC$

Định lý Stewart: (đã giới thiệu ở Bài 12).

Đường thẳng Euler: Trong mọi tam giác (không đều): trực tâm $H$, trọng tâm $G$, tâm ngoại tiếp $O$ thẳng hàng và $HG = 2 GO$.

Đường tròn Euler (9 điểm): đi qua 3 trung điểm cạnh, 3 chân đường cao, 3 trung điểm đoạn nối trực tâm với đỉnh.

Bài tập tự luyện — Bài 20

20.1. Tứ giác $ABCD$ nội tiếp đường tròn, $AB = 4, BC = 5, CD = 6, DA = 3$. Tính tỉ số $\dfrac{AC}{BD}$ và tích $AC \cdot BD$.
Ptolemy: $AC \cdot BD = AB\cdot CD + AD\cdot BC = 24 + 15 = 39$.
Định lý đường chéo tứ giác nội tiếp: $\dfrac{AC}{BD} = \dfrac{AB\cdot AD + BC\cdot CD}{AB\cdot BC + AD\cdot CD} = \dfrac{12 + 30}{20 + 18} = \dfrac{42}{38} = \dfrac{21}{19}$.
20.2. Cho tam giác $ABC$, $M$ là trọng tâm. Chứng minh $\overrightarrow{MA} + \overrightarrow{MB} + \overrightarrow{MC} = \vec{0}$.
Trọng tâm $M = \dfrac{A+B+C}{3}$ (tọa độ). $\overrightarrow{MA}+\overrightarrow{MB}+\overrightarrow{MC} = (A-M)+(B-M)+(C-M) = (A+B+C) - 3M = 3M - 3M = \vec{0}$. ∎